EP1721027B1 - Beschichtung für ein schneidwerkzeug sowie herstellungsverfahren - Google Patents

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EP1721027B1
EP1721027B1 EP05715359.5A EP05715359A EP1721027B1 EP 1721027 B1 EP1721027 B1 EP 1721027B1 EP 05715359 A EP05715359 A EP 05715359A EP 1721027 B1 EP1721027 B1 EP 1721027B1
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layer
coating
cover layer
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protection layer
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Walter AG
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Definitions

  • the invention relates to a coating suitable in particular for a cutting tool, to a cutting tool provided with such a coating, and to a production method for producing the relevant coating.
  • Cutting tools are regularly provided with coatings to increase the cutting performance, the service life or for other reasons, which realize the respective desired properties.
  • a cutting tool in the form of a cutting plate which has a wear-reducing coating.
  • This is formed for example by an Al 2 O 3 layer.
  • the wear-reducing coating extends over both rake surfaces and over open surfaces of the cutting tool.
  • An indicator coating for example in the form of a cover layer, whose color differs significantly from the color of the wear-resistant layer, is attached to the open surfaces. At the free surface entering erosion of the decorative layer is thus an unerring indicator of a successful use of the respective adjacent cutting edge.
  • the layers are produced over the entire surface in the CVD process while the decorative layer is removed from the rake surfaces. For this purpose, suitable brushing or the like can serve. When mechanically removing the decorative layer from the rake surfaces care must be taken to achieve a good selectivity. Damage to the wear protection layer can not be tolerated.
  • Cutting plates which are produced in the PVD process generally have as a wear protection layer a metallic hard material layer, such as a TiAlN layer. Such a cutting plate is for example from the DE 199 24 422 C2 known.
  • Cover layers applied to such a wear protection layer such as TiB 2 layers or the like, have, like the wear protection layer, a metallic-crystalline structure. The adhesion between such cover layers and the wear protection layer is high. The tribological properties of the outer layers must therefore be taken into account when they are used as decorative layers. They are also not suitable as a wear indicator.
  • the covering layer must have properties with regard to its wear properties with respect to its friction properties and with respect to other properties which have an effect on metal cutting.
  • EP 0 732 423 describes a coating applied to a main body of a cutting tool.
  • the coating comprises an inner layer comprising, for example, a carbide, carbonitride, carbon oxide, carbon oxide or titanium boron nitride.
  • an intermediate layer of aluminum oxide and / or zirconium oxide is applied on the inner layer.
  • the outer layer, which in turn is applied to the intermediate layer may, for example, a carbide, carbonitride, carbon oxide, Karbostickoxid or a boron nitride of titanium.
  • the alumina or zirconia of the intermediate layer is a good heat insulator and limits or reduces the amount of heat transferred from the outer layer to the main body.
  • the outer layer is sufficiently thick to have low wear, while the inner layer ensures a stable connection of the coating to the base body.
  • US 2002/0039521 is a cutting insert with a coating known, which is applied to a base body.
  • the coating consists of an aluminum oxide-containing wear protection layer and a cover layer applied thereto. A separation layer is not present.
  • a multi-layer coating for a cutting tool is also off EP 1 094 132 A1 known.
  • a wear protection layer is applied to a substrate.
  • the outermost layer forms a cover layer.
  • a release layer which reduces the adhesion of the cover layer.
  • the coating according to the invention according to claim 1 or 2 contains as wear protection layer a metallic hard material layer, which is covered to the outside by a reduced adhering or limited by a release layer in its adhesion to the wear protection layer top layer.
  • the cover layer occupies only a part of the surface of the metallic hard material layer, ie parts of the same are exposed.
  • a release layer is arranged, which interrupts or weakens the metallic-crystalline bond between the cover layer and the wear protection layer. It is an adhesion-impeding or reducing layer which interrupts or at least disturbs the metallic-crystalline structure of the other layers.
  • the release layer reduces the adhesion of the cover layer on the metallic hard material layer, which serves as a wear protection layer, to a low level.
  • the separating layer is for this purpose composed of an unstoichiometric composition or is a strained layer with an internal tensile stress of about 0.8 GPa.
  • the cover layer can be removed relatively easily. This makes it possible, on the one hand, to design the cover layer as a decorative layer purely in terms of aesthetics, the tribological properties and the wear properties not playing any role. It is abraded immediately when using the cutting tool. This also opens up the possibility of using the cover layer as a wear indication layer. This applies in particular if the metallic hard material layer serving as wear protection layer and the cover layer differ markedly in color.
  • the wear protection layer is preferably a layer produced in the PVD process, wherein the release layer and the cover layer are also produced in the PVD process.
  • This enables the production of the coating in a single PVD coating process, wherein the cover layer, preferably including the release layer, is removed in a mechanical reworking process.
  • the post-processing can be done by brushing, sandblasting or the like. It is applied by the action of the release layer removal times of a few seconds. For example, by blasting with alumina (fine corundum) at a pressure of only one bar and a beam time of only two seconds so complete removal of a TiN cover layer of 0.2 microns achieved that optically even at tenfold magnification of the surface no remnants of Cover layer are more visible.
  • the wear protection layer metallic Hard material layer
  • the adhesion of the cover layer is nevertheless sufficient to allow safe handling of the cutting tools without damaging the cover layer.
  • a first use of the cutting tool is immediately recognizable by partial removal of the cover layer.
  • the cover layer in this case serves as a deployment indicator which responds when the tool is used for the first time.
  • Titanium or hafnium layers and oxidic (heteropolar) layers such as TiO 2 are suitable as a cover layer, for example.
  • Other oxides, carbides or nitrides of metals of the fourth or fifth subgroup are also suitable.
  • Cover layers with a metallic-crystalline structure are preferred.
  • the separation layer has, for example, no metallic-crystalline structure. This can be achieved by using an oxide layer of a subgroup metal, preferably the fourth or fifth subgroup, as the release layer. Good results result in thin layers of, for example, about 0.1 ⁇ m TiO 2 TiCN layers or other CN layers that are extremely soft and low in friction. Good results are also achieved with MOS 2 layers.
  • the release layer is an extremely unstoichiometric layer or even an extremely stressed layer, which limits the adhesion between the cover layer and the wear protection layer. It can be used strained TiN layers or DLC layers (diamond like carbon).
  • the selection of the respectively suitable separating layer depends on the fact that it can be integrated into the PVD deposition process for the production of the entire coating as far as possible without additional expenditure.
  • the separating layer effectively forms a 'predetermined breaking point' for any layers above it.
  • the wear protection layer (metallic hard material layer) can in the simplest case have a single-layer structure. If necessary, a multilayer construction can also be used.
  • the proposed coating can be produced in PVD process without much effort, the deposited cover layer can be subsequently easily removed mechanically. This makes it possible to produce multicolored cutting tools in a simple and efficient manner. Under cutting tools are understood here as complete cutting tools, such as solid carbide drills, milling tools and the like, as well as only inserts, indexable inserts, cutting inserts and the like.
  • FIG. 1 an insert 1 as a cutting tool or at least a substantial part thereof is illustrated.
  • the cutting plate 1 has a top surface, which forms a rake surface 2, and side surfaces, the open spaces 3, 4 form. This designation applies to radial installation of the cutting insert 1. In the case of tangential or lateral installation, the side surfaces serve as rake surfaces while the top surface serves as the free surface. Between the clamping surface 2 and the free surfaces 3, 4 cutting edges 5, 6 are formed.
  • the cutting plate 1 is a carbide cutting plate.
  • FIG. 2 illustrates the cross section of the same fragmentary and extremely enlarged view.
  • the cutting plate 1 has a base body 7, the surface of which forms the substrate for a coating 8 provided on the cutting plate 1.
  • the coating 8 is applied in the PVD process.
  • a wear protection layer 9 is provided, which is formed as a metallic hard material layer MH.
  • a TiAlN layer titanium aluminum nitrite
  • the thickness of the TiAlN layer can be appropriately determined. In the present embodiment, it is about 4 microns.
  • the ratio between titanium and aluminum is 33:67.
  • the cover layer 12 is preferably again a metallic-crystalline layer, such as a TiN-layer.
  • the thickness thereof is for example 0.2 ⁇ m. In this case, it is a pure decorative layer with golden yellow color. This color is clearly different from the color of the wear protection layer 9, which has a different color.
  • the separation layer 11 is, for example, a titanium dioxide layer (TiO 2 ), which can be chosen to be relatively thin. It is sufficient, for example, a thickness of 0.1 microns. This oxide layer has no metallic character and thus limits the adhesion of the cover layer 12 to the wear protection layer 9.
  • the specified coating 8 can be produced in one and the same reaction vessel of a PVD coating system in one go, wherein the wear protection layer 9, the release layer 11 and the Cover layer 12 are deposited sequentially.
  • the separating layer 11 and the covering layer 12 may, as shown above, be chemically and / or structurally different layers. But it is also possible to combine them into a release and cover layer, the peculiarity of which is the limited adhesion to the wear protection layer 9.
  • the release layer 11 in this case also forms the cover layer.
  • the main body 7 is brought into a corresponding PVD coating system, in which first the wear protection layer 9, then the release layer 11 and then the cover layer 12 are deposited on the base body 7.
  • the coating 8 thus produced is first produced on all exposed surfaces of the base body 7, ie at least on the rake surface 2 as well as on the flanks 3, 4. In this state, the cutting plate 1 is removed from the PVD reactor vessel.
  • the cover layer 12 of the corresponding differently colored ausschden surface in this case the clamping surface 2, removed.
  • a sand blast 14 as in FIG. 3 is indicated.
  • Aluminum oxide fine corundum mesh 320
  • both the cover layer 12 and the release layer 11 are removed from the rake surface 2 without visible residues. This is in FIG. 4 illustrated.
  • said TiO 2 separating layer of 0.1 ⁇ m thickness has such adhesion and strength that the covering layer 12 remains undamaged at locations not directly hit by the jet 14.
  • a coating is specified, in particular for cutting tools, which can be produced in a single PVD coating process and with which two-color cutting tools can be produced in a simple manner.
  • a separating layer 11 is arranged, which, like the other layers, has been generated in the same PVD coating process. It allows the removal of the top layer by sandblasting, brushing or the like with very short exposure times.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine insbesondere für ein Schneidwerkzeug geeignete Beschichtung, ein mit einer solchen Beschichtung versehenes Schneidwerkzeug sowie ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung der betreffenden Beschichtung.
  • Schneidwerkzeuge werden zur Erhöhung der Zerspanungsleistung, der Standzeit oder aus anderen Gründen regelmäßig mit Beschichtungen versehen, die die jeweils gewünschten Eigenschaften realisieren. Beispielsweise ist aus der DE 100 48 899 A1 ein Schneidwerkzeug in Form einer Schneidplatte bekannt, das eine verschleißmindernde Beschichtung aufweist. Diese ist beispielsweise durch eine Al2O3-Schicht gebildet. Die verschleißmindernde Beschichtung erstreckt sich sowohl über Spanflächen als auch über Freiflächen des Schneidwerkzeugs. An den Freiflächen ist eine Indikatorbeschichtung, beispielsweise in Form einer Deckschicht angebracht, deren Farbe sich von der Farbe der Verschleißschutzschicht deutlich unterscheidet. An der Freifläche eintretender Abtrag der Dekorschicht ist somit ein untrüglicher Indikator für eine erfolgte Benutzung der betreffenden benachbarten Schneidkante. Die Schichten werden im CVD-Verfahren ganzflächig erzeugt während die Dekorschicht von den Spanflächen abgetragen wird. Dazu können geeignete Bürstverfahren oder ähnliches dienen. Beim mechanischen Entfernen der Dekorschicht von den Spanflächen muss darauf geachtet werden, eine gute Selektivität zu erreichen. Beschädigungen der Verschleißschutzschicht können nicht hingenommen werden.
  • Schneidplatten die im PVD-Verfahren hergestellt werden weisen in der Regel als Verschleißschutzschicht eine metallische Hartstoffschicht, wie beispielsweise eine TiAlN-Schicht auf. Eine solche Schneidplatte ist beispielsweise aus der DE 199 24 422 C2 bekannt. Auf einer solchen Verschleißschutzschicht aufgebrachte Deckschichten, wie beispielsweise TiB2-Schichten oder dergleichen weisen, wie die Verschleißschutzschicht, eine metallisch-kristalline Struktur auf. Die Haftung zwischen solchen Deckschichten und der Verschleißschutzschicht ist hoch. Die tribologischen Eigenschaften der Deckschichten müssen deshalb, wenn sie als Dekorschichten verwendet werden, berücksichtigt werden. Sie eignen sich auch nicht als Verschleißindikator.
  • Durch die feste Haftung der Schichten aneinander muss die Deckschicht hinsichtlich der Verschleißbeanspruchung hinsichtlich ihrer Reibeigenschaften und hinsichtlich sonstiger, sich bei der Metallzerspanung auswirkender, Eigenschaften abgestimmte Eigenschaften aufweisen.
  • EP 0 732 423 beschreibt eine auf einen Grundkörper eines Schneidwerkzeugs aufgebrachte Beschichtung. Die Beschichtung umfasst eine Innenschicht, die beispielsweise ein Karbid, Karbonitrid, Karbonoxid, Karbostickoxid oder ein Bornitrid aus Titan aufweist. Auf der Innenschicht ist eine Zwischenschicht aus Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid aufgebracht. Die Außenschicht, die wiederum auf die Zwischenschicht aufgebracht ist, kann z.B. ein Karbid, Karbonitrid, Karbonoxid, Karbostickoxid oder ein Bornitrid aus Titan aufweisen. Das Aluminiumoxid bzw. das Zirkonoxid der Zwischenschicht ist ein guter Wärmeisolator und begrenzt bzw. reduziert die Wärmemenge, die von der Außenschicht in den Grundkörper übertragen wird. Die Außenschicht ist ausreichend dick, um einen geringen Verschleiß aufzuweisen, während die Innenschicht eine stabile Verbindung der Beschichtung zum Grundkörper gewährleistet.
  • Aus US 2002/0039521 ist ein Schneideinsatz mit einer Beschichtung bekannt, die auf einen Grundkörper aufgebracht ist. Die Beschichtung besteht aus einer Aluminiumoxid enthaltenden Verschleißschutzschicht und einer darauf aufgebrachten Deckschicht. Eine Trennschicht ist nicht vorhanden.
  • Eine mehrlagige Beschichtung für ein Schneidwerkzeug ist außerdem aus EP 1 094 132 A1 bekannt. Dort ist eine Verschleißschutzschicht auf ein Substrat aufgebracht. Die äußerste Schicht bildet eine Deckschicht. Zwischen der Deckschicht und der Verschließschutzschicht ist eine die Haftung der Deckschicht reduzierende Trennschicht vorhanden.
  • Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine zur Herstellung im PVD-Verfahren geeignete Beschichtung anzugeben, deren Deckschicht sich als Verschleißindikator eignet.
  • Die erfindungsgemäße Beschichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, enthält als Verschleißschutzschicht eine metallische Hartstoffschicht, die nach außen hin von einer reduziert haftenden oder durch eine Trennschicht in ihrer Haftung zur Verschleißschutzschicht eingeschränkte Deckschicht abgedeckt ist. Die Deckschicht nimmt dabei nur einen Teil der Fläche der metallischen Hartstoffschicht ein, d.h. Teile derselben sind freigelegt. Zwischen der Deckschicht und der metallischen Hartstoffschicht ist eine Trennschicht angeordnet, die den metallisch-kristallinen Verbund zwischen der Deckschicht und der Verschleißschutzschicht unterbricht oder schwächt. Es handelt sich um eine haftungsstörende oder -mindernde Schicht, die die metallisch-kristalline Struktur der sonstigen Schichten unterbricht oder zumindest stört.
  • Die Trennschicht vermindert die Haftung der Deckschicht auf der metallischen Hartstoffschicht, die als Verschleißschutzschicht dient, auf ein geringes Maß. Die Trennschicht ist hierfür unstöchiometrisch zusammengesetzt oder ist eine verspannte Schicht mit einer inneren Zugspannung mit einem Betrag von etwa 0,8 GPa. Dadurch kann die Deckschicht relativ leicht abgetragen werden. Dies ermöglicht zum einen, die Deckschicht als Dekorschicht rein nach ästhetischen Gesichtspunkten auszulegen, wobei die tribologischen Eigenschaften sowie die Verschleißeigenschaften keine Rolle spielen. Sie wird beim Einsatz des Schneidwerkzeugs alsbald abgetragen. Somit eröffnet sich auch die Möglichkeit des Einsatzes der Deckschicht als Verschleißindikationsschicht. Dies gilt insbesondere wenn sich die als Verschleißschutzschicht dienende metallische Hartstoffschicht und die Deckschicht farblich deutlich unterscheiden.
  • Die Verschleißschutzschicht ist vorzugsweise eine im PVD-Verfahren erzeugte Schicht, wobei auch die Trennschicht und die Deckschicht im PVD-Verfahren erzeugt werden. Dies ermöglicht die Herstellung der Beschichtung in einem einzigen PVD-Beschichtungsvorgang, wobei die Deckschicht vorzugsweise einschließlich der Trennschicht in einem mechanischen Nachbearbeitungsvorgang abgetragen werden. Die Nachbearbeitung kann durch Bürsten, Sandstrahlen oder ähnliches erfolgen. Es werden durch die Wirkung der Trennschicht Abtragezeiten von wenigen Sekunden angewendet. Beispielsweise werden durch Abstrahlen mit Aluminiumoxid (Edelkorund) bei einem Druck von lediglich einem Bar und einer Strahlzeit von lediglich zwei Sekunden eine so vollständige Abtragung einer TiN-Deckschicht von z.B. 0,2 µm erreicht, dass optisch auch bei zehnfacher Vergrößerung der Oberfläche keine Reste der Deckschicht mehr zu erkennen sind. Die Verschleißschutzschicht (metallische Hartstoffschicht) wird bei derart kurzer Belastung kaum angegriffen.
  • Die Haftung der Deckschicht ist immerhin ausreichend, um eine sichere Handhabung der Schneidwerkzeuge ohne Beschädigung der Deckschicht zu ermöglichen. Ein erster Einsatz des Schneidwerkzeugs wird aber sofort durch partiellen Abtrag der Deckschicht erkennbar. Die Deckschicht dient in diesem Fall als Einsatzindikator, der beim ersten Einsatz des Werkzeugs anspricht.
  • Als Deckschicht eignen sich beispielsweise Titan- oder Hafniumschichten sowie oxidische (heteropolare) Schichten wie z.B. TiO2. Auch andere Oxide, Carbide oder Nitride von Metallen der vierten oder fünften Nebengruppe sind geeignet. Es werden Deckschichten mit metallisch-kristalliner Struktur bevorzugt. Die Trennschicht hingegen weist z.B. keinen metallisch-kristallinen Aufbau auf. Dies kann erreicht werden, indem als Trennschicht eine Oxidschicht eines Nebengruppenmetalls, vorzugsweise der vierten oder fünften Nebengruppe Anwendung findet. Gute Ergebnisse ergeben dünne Lagen von beispielsweise etwa 0,1 µm TiO2 TiCN-Schichten oder andere CN-Schichten, die extrem weich und reibarm sind. Gute Ergebnisse werden auch mit MOS2-Schichten erreicht. Erfindungsgemäß ist die Trennschicht eine extrem unstöchiometrische Schichtoder auch eine extrem verspannte Schicht, die die Haftung zwischen Deckschicht und Verschleißschutzschicht beschränkt. Es können verspannte TiN-Schichten oder auch DLC-Schichten (diamond like carbon) zur Anwendung kommen. Die Auswahl der jeweils geeigneten Trennschicht richtet sich danach, dass sie möglichst ohne Zusatzaufwand in den PVD-Abscheidevorgang zur Herstellung der gesamten Beschichtung integriert werden kann. Die Trennschicht bildet gewissermaßen eine 'Sollbruchstelle' für eventuelle über ihr liegende Schichten.
  • Die Verschleißschutzschicht (metallische Hartstoffschicht) kann im einfachsten Fall einen einschichtigen Aufbau aufweisen. Bedarfsweise kann auch ein mehrschichtiger Aufbau zur Anwendung kommen.
  • Die vorgestellte Beschichtung lässt sich im PVD-Verfahren ohne großen Aufwand herstellen, wobei die abgeschiedene Deckschicht nachträglich mechanisch leicht entfernt werden kann. Dadurch wird die Herstellung mehrfarbiger Schneidwerkzeuge auf einfache und rationelle Weise möglich. Unter Schneidwerkzeugen werden hier sowohl vollständige Schneidwerkzeuge, wie Vollhartmetallbohrer, Fräswerkzeuge und dergleichen, wie auch lediglich Schneidplatten, Wendeschneidplatten, Schneideinsätze und dergleichen verstanden.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung, oder von Ansprüchen. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug in schematisierter Perspektivdarstellung,
    Figur 2
    eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch das Schneidwerkzeug nach Figur 1,
    Figur 3
    ein Schneidwerkzeug nach durchlaufener PVD-Beschichtung in quer geschnittener, nicht maßstäblicher schematischer Darstellung,
    Figur 4
    das Schneidwerkzeug nach Figur 3 nach dem partiellen Abtragen einer Deckschicht und der darunter liegenden Trennschicht in schematisierter Schnittdarstellung und
    Figur 5
    einen beispielhaften Spannungsverlauf bezüglich der in den verschiedenen Schichten herrschenden Spannungen des Schneidwerkzeugs als Diagramm.
  • In Figur 1 ist eine Schneidplatte 1 als Schneidwerkzeug oder zumindest wesentlicher Teil desselben veranschaulicht. Die Schneidplatte 1 weist eine Deckfläche auf, die eine Spanfläche 2 bildet, sowie Seitenflächen, die Freiflächen 3, 4 bilden. Diese Bezeichnung gilt für radialen Einbau der Schneidplatte 1. Bei tangentialem oder lateralem Einbau dienen die Seitenflächen als Spanflächen während die Deckfläche als Freifläche dient. Zwischen der Spanfläche 2 und den Freiflächen 3, 4 sind Schneidkanten 5, 6 ausgebildet.
  • Die Schneidplatte 1 ist eine Hartmetallschneidplatte. Figur 2 veranschaulicht den Querschnitt derselben ausschnittsweise und in extrem vergrößerter Darstellung. Danach weist die Schneidplatte 1 einen Grundkörper 7 auf, dessen Oberfläche das Substrat für eine an der Schneidplatte 1 vorgesehene Beschichtung 8 bildet. Die Beschichtung 8 ist im PVD-Verfahren aufgebracht. Als innere unmittelbar an das Substrat grenzende Schicht ist eine Verschleißschutzschicht 9 vorgesehen, als metallische Hartstoffschicht MH ausgebildet ist. Eine solche ist beispielsweise eine TiAlN-Schicht (Titanaluminiumnitrit), die metallische Eigenschaften aufweist. Sie haftet fest auf dem Grundkörper 7, der beispielsweise aus einem Hartmetall, wie Wolframcarbid mit Kobalt, besteht. Die Dicke der TiAlN-Schicht kann zweckentsprechend festgelegt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt sie bei etwa 4 µm. Das Verhältnis zwischen Titan und Aluminium liegt bei 33:67.
  • Auf die Verschleißschutzschicht 9 ist eine Trennschicht 11 aufgebracht, die den metallischen Haftungsverbund zu einer darüber liegenden Deckschicht 12 unterbricht. Die Deckschicht 12 ist vorzugsweise wiederum eine metallisch-kristalline Schicht, wie beispielsweise eine TiN-Schicht. Die Dicke derselben liegt z.B. bei 0,2 µm. In diesem Fall handelt es sich um eine reine Dekorschicht mit goldgelber Farbe. Diese Farbe ist deutlich von der Farbe der Verschleißschutzschicht 9 unterschieden, die eine andere Farbe aufweist.
  • Die Trennschicht 11 ist beispielsweise eine Titandioxidschicht (TiO2), die relativ dünn gewählt werden kann. Es genügt beispielsweise eine Dicke von 0,1 µm. Diese Oxidschicht weist keinen metallischen Charakter auf und limitiert somit die Haftung der Deckschicht 12 an der Verschleißschutzschicht 9. Die angegebene Beschichtung 8 kann in ein und demselben Reaktionsgefäß einer PVD-Beschichtungsanlage in einem Zuge hergestellt werden, wobei die Verschleißschutzschicht 9, die Trennschicht 11 und die Deckschicht 12 nacheinander abgeschieden werden.
  • Die Trennschicht 11 und die Deckschicht 12 können, wie oben dargestellt, chemisch und/oder strukturell verschiedene Schichten sein. Es ist aber auch möglich, sie zu einer Trenn- und Deckschicht zu vereinigen, deren Besonderheit in der eingeschränkten Haftung zu der Verschleißschutzschicht 9 besteht. Die Trennschicht 11 bildet in diesem Fall zugleich die Deckschicht.
    • Die Herstellung erfolgt dabei wie folgt:
  • Der Grundkörper 7 wird in eine entsprechende PVD-Beschichtungsanlage gebracht, in der zunächst die Verschleißschutzschicht 9, danach die Trennschicht 11 und dann die Deckschicht 12 auf dem Grundkörper 7 abgeschieden werden. Die so erzeugte Beschichtung 8 wird zunächst auf allen exponierten Flächen des Grundkörpers 7 erzeugt, d.h. zumindest an der Spanfläche 2 wie auch an den Freiflächen 3, 4. In diesem Zustand wird die Schneidplatte 1 dem PVD-Reaktorgefäß entnommen.
  • Es werden häufig zweifarbige Schneidplatten gewünscht, die an ihrer Spanfläche 2 eine andere Farbe aufweisen als an den Freiflächen 3, 4. Zur Erzeugung einer solchen wird die Deckschicht 12 von der entsprechend anders farbig auszulegenden Fläche, in diesem Fall der Spanfläche 2, entfernt. Dies kann mit einem Sandstrahl 14 erfolgen, wie er in Figur 3 angedeutet ist. Als Strahlkörper kann Aluminiumoxid (Edelkorund mesh 320) dienen. In einer kurzen Einwirkzeit von beispielsweise 2 Sekunden werden sowohl die Deckschicht 12 als auch die Trennschicht 11 von der Spanfläche 2 ohne sichtbare Reste entfernt. Dies ist in Figur 4 veranschaulicht. Die genannte TiO2-Trennschicht von 0,1 µm Dicke weist jedoch eine solche Haftung und Festigkeit auf, dass die Deckschicht 12 an Stellen, die nicht unmittelbar von dem Strahl 14 getroffen werden, unbeschädigt erhalten bleibt.
  • Die Schneidplatte 1 kann in weiteren Ausführungsformen andere Verschleißschutzschichten 9 und andere Deckschichten 12 aufweisen. Jedoch handelt es sich bei der Verschleißschutzschicht 9 jeweils um eine metallische Hartstoffschicht, die im PVD-Verfahren hergestellt ist. Hartstoffschichten ohne Metallstruktur, wie beispielsweise Al2O3 sind von der metallischen Hartstoffschicht der Verschleißschutzschicht 9 nicht umfasst. Als Deckschicht kann sowohl die angegebene TiN-Schicht als auch jede andere metallische Deckschicht, wie beispielsweise TiC-Schichten, CrN-Schichten, HfN-Schichten und dergleichen Anwendung finden. Als Trennschicht 11 kann jede vorzugsweise nicht metallische Schicht angewendet werden, die die Haftung zwischen der Deckschicht 12 und der Verschleißschutzschicht 9 beschränkt. Über die im vorigen Ausführungsbeispiel genannte TiO2-Schicht hinaus, können andere oxidische Schichten angewendet werden, die im PVD abscheidbar sind und keine metallische Bindung aufweisen. Insbesondere können hier Oxide der Metalle der vierten und fünften Nebengruppe zur Anwendung kommen. Auch andere, vorwiegend kovalent gebundene, Schichten, wie beispielsweise MCN-Schichten, können Anwendung finden, wobei M für ein beliebiges Metall, vorzugsweise ein Metall der vierten oder fünften Nebengruppe steht. Auch andere kovalent gebundene Schichten, wie MoS2-Schichten (Molybdändisulfid) oder Kohlenstoffschichten (DLC) können Anwendung finden. Es wird jedoch auch ins Auge gefasst, metallisch gebundene Trennschichten vorzusehen, wie beispielsweise TiN-Schichten. Um bei diesen eine Haftungsbeschränkung zu erzielen, können diese extrem verspannt werden. Verspannung kann beispielsweise durch große Abweichung vom stöchiometrischen Verhältnis erreicht werden. Figur 5 veranschaulicht dazu den Spannungsverlauf in der Verschleißschutzschicht 9, der Trennschicht 11 und der Deckschicht 12 für einen beispielhaften Fall, bei dem eine Haftungsbegrenzung durch eine gegensinnige Verspannung der Trennschicht 11 gegen die Verschleißschutzschicht 9 und die Deckschicht 12 erreicht wird. Die in der Schicht herrschende Spannung ist als Kurve über einer Linie 15 aufgetragen. So betragen die Spannungen in der Verschleißschutzschicht 9, der Trennschicht 11 und der Deckschicht 12 beispielsweise:
    • Verschleißschutzschicht 9 - bis zu 2 GPa Druckspannung enstpr. -2 GPa,
    • Trennschicht 11 - ca. 0,8 GPa Zugspannung entspr. 0,8 GPa,
    • Deckschicht 12 - ca. 1 GPa Druckspannung entspr. -1 GPa.
  • Vorliegend wird eine Beschichtung insbesondere für Schneidwerkzeuge angegeben, die sich in einem einzigen PVD-Beschichtungsvorgang erzeugen lässt und mit der sich auf einfache Weise zweifarbige Schneidwerkzeuge erzeugen lassen. Zwischen zwei metallischen Hartstoffschichten unterschiedlicher Farbe ist eine Trennschicht 11 angeordnet, die, wie die anderen Schichten, in dem gleichen PVD-Beschichtungsprozess erzeugt worden ist. Sie gestattet das Abtragen der Deckschicht durch Sandstrahlen, Bürsten oder dergleichen mit sehr kurzen Einwirkzeiten.

Claims (17)

  1. Beschichtung (8) für ein Schneidwerkzeug,
    mit einer Verschleißschutzschicht (9), die eine metallisch-kristalline Struktur aufweist,
    mit einer Deckschicht (12), die eine metallisch-kristalline Struktur aufweist,
    mit einer Trennschicht (11), die wenigstens auf einen Abschnitt der Verschleißschutzschicht (9) aufgebracht und zwischen der Verschleißschutzschicht (9) und der Deckschicht (12) angeordnet ist und die die Haftung der Deckschicht (12) auf der Verschleißschutzschicht (9) mindert,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (11) eine Oxidschicht mit wenigstens einem Metall (M) einer Nebengruppe des chemischen Periodensystems der Elemente ist und dass die Trennschicht (11) unstöchiometrisch zusammengesetzt ist.
  2. Beschichtung (8) für ein Schneidwerkzeug,
    mit einer Verschleißschutzschicht (9), die eine metallisch-kristalline Struktur aufweist,
    mit einer Deckschicht (12), die eine metallisch-kristalline Struktur aufweist,
    mit einer Trennschicht (11), die wenigstens auf einen Abschnitt der Verschleißschutzschicht (9) aufgebracht und zwischen der Verschleißschutzschicht (9) und der Deckschicht (12) angeordnet ist und die die Haftung der Deckschicht (12) auf der Verschleißschutzschicht (9) mindert,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (11) eine Zugspannungen aufweisende Schicht ist und die angrenzende Deckschicht (12) sowie die angrenzende Verschleißschutzschicht (9) nur Druckspannungen aufweisen.
  3. Beschichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (11) eine Zugspannung mit einem Betrag von 0,8 GPa aufweist.
  4. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trennschicht (11) eine die Deckschicht (12) angeordnet ist, die eine Dekorschicht ist.
  5. Beschichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (12) eine Farbe aufweist, die sich von der Farbe der Verschleißschutzschicht (9) erkennbar unterscheidet.
  6. Beschichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (12) eine TiN-, eine TiC-, eine HfC- oder eine HfN-Schicht ist.
  7. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (M) ein Element der IV. Nebengruppe, vorzugsweise Titan oder Zirkonium ist.
  8. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (M) ein Element der V. Nebengruppe ist.
  9. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (11) eine chemische Verbindung mit kovalenter Bindung enthält oder ist.
  10. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (9) eine TiAlN-Schicht oder eine CrAlN-Schicht ist.
  11. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (9) einen einschichtigen Aufbau aufweist.
  12. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (9) einen mehrschichtigen Aufbau aufweist.
  13. Verwendung einer Beschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einem Schneidwerkzeug mit einem Grundkörper (7) aus einem Hartstoff.
  14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzschicht (9) wenigstens an einer Freifläche (3) und wenigstens an einer Spanfläche (4) vorgesehen wird, wohingegen die Deckschicht (12) die Freifläche (3) und/oder die Spanfläche (2) nicht oder nur teilweise bedeckt sind.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeug, bei dem auf einen Grundkörper (7) in einem PVD-Beschichtungsverfahren zunächst eine Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufgebracht wird, wonach die Deckschicht (12) mit einem mechanischen Abtragungsverfahren von ausgewählten Oberflächenbereichen entfernt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (12) mittels eines Sandstrahlverfahrens entfernt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schichten der Beschichtung (8) in einem einzigen PVD-Prozess aufgebracht werden.
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